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• Das Mikrobiom
• Schnittstellen Mensch - Tier
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die
Schnittstelle Mensch-Tier
Sabrina Rodriguez Campos
Dr. med. vet. FVH, PhD
Institut für Veterinärbakteriologie
Vetsuisse Fakultät
Universität Bern
sabrina.rodriguez@vetsuisse.unibe.ch
25. September 2018, Berner Kolloquien für Labormedizin
©www.nationalmuseum.ch
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die Schnittstelle Mensch-Tier
• Metagenomics: mit molekularbiologischen Methoden die Gesamtheit des
Genoms eines Biotops erfassen. Zu diesem Genom gehören alle
Mikroorganismen, aber auch die Wirts-DNA Mikrobiom
• Datenschutz!
• Next generation sequencing (Sanger Sequenzierung 1., ab 2004 NGS)
• Amplikonsequenzierung: Sequenzierung von Fragmenten, die mittels PCR
amplifiziert wurden = Amplikone; z.B. 16S rRNA Gen, 18S rRNA Gen, Internal
Transcribed Spacer (ITS) Mikrobiota
• Metagenomics Shotgun-Sequenzierung:
• „Schrotschuss-Sequenzierung“ ist in der Molekularbiologie eine Methode
zur Sequenzierung langer DNA-Stränge
225. September 2018, S. Rodriguez Campos
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die Schnittstelle Mensch-Tier
325. September 2018, S. Rodriguez Campos
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die Schnittstelle Mensch-Tier
425. September 2018, S. Rodriguez Campos
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die Schnittstelle Mensch-Tier
525. September 2018, S. Rodriguez Campos
• Publikationen zum Humanmikrobiom und Tiermikrobiom
www.pubmed.com
625. September 2018, S. Rodriguez Campos
• Schnittstelle Mensch – Tier
http://www.oie.int/en/for-the-media/onehealth/
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die Schnittstelle Mensch-Tier
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die Schnittstelle Mensch-Tier
725. September 2018, S. Rodriguez Campos
Vektoren
Antibiotika-resistenz
Nutztiere
Zoonosen
Produktion
Tiermodell
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Nutztiere Nutztiere
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Nutztiere
• Zoonosen; Tierseuchenverordnung SR: 916.401
https://www.blv.admin.ch/blv/de/home/tiere/tierseuchen/uebersicht-seuchen/zoonosen.html
• Aktinomykose
• Brucellose
• BSE und Creutzfeldt-Jakob Disease
• Campylobacteriose
• Chlamydienabort der Schafe und Ziegen
• Chlamydiose der Vögel
• Clostridien-Gastroenteritis
• Coxiellose
• Cryptosporidiose
• Echinococcose
• EHEC
• Frühsommer-Meningoencephalitis FSME
• Hendra Virus
• Leptospirose
• Listeriose
• Louping III
• Milzbrand
• Newcastle-Krankheit
• Nipahvirus-Enzephalitis
• Paratuberkulose / Morbus Crohn
• Pferdeenzephalomyelitiden
• Pseudotuberkulose der Schafe und
Ziegen
• Rifttalfieber
• Rotlauf
• Rotz / Malleus
• Salmonellose und Salmonella-
Infektion
• Sarkosporidiose
• Staphylococcus-Infektionen
• Tollwut
• Toxoplasmose
• Trichinellose
• Tuberkulose
• Tularämie
• Vesikuläre Stomatitis
• Vogelgrippe
• West-Nil Fieber
• Yersiniose
• Zystizerkose
Zoonosen
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Nutztiere
• Zoonosen; Tierseuchenverordnung SR: 916.401
https://www.blv.admin.ch/blv/de/home/tiere/tierseuchen/uebersicht-seuchen/zoonosen.html
• Aktinomykose
• Brucellose
• BSE und Creutzfeldt-Jakob Disease
• Campylobacteriose
• Chlamydienabort der Schafe und Ziegen
• Chlamydiose der Vögel
• Clostridien-Gastroenteritis
• Coxiellose
• Cryptosporidiose
• Echinococcose
• EHEC
• Frühsommer-Meningoencephalitis FSME
• Hendra Virus
• Leptospirose
• Listeriose
• Louping III
• Milzbrand
• Newcastle-Krankheit
• Nipahvirus-Enzephalitis
• Paratuberkulose / Morbus Crohn
• Pferdeenzephalomyelitiden
• Pseudotuberkulose der Schafe und
Ziegen
• Rifttalfieber
• Rotlauf
• Rotz / Malleus
• Salmonellose und Salmonella-
Infektion
• Sarkosporidiose
• Staphylococcus-Infektionen
• Tollwut
• Toxoplasmose
• Trichinellose
• Tuberkulose
• Tularämie
• Vesikuläre Stomatitis
• Vogelgrippe
• West-Nil Fieber
• Yersiniose
• Zystizerkose
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Nutztiere
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Nutztiere
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Nutztiere
Läsionen vorhanden und> 70% der reads könneneinem Genus zugeordnetwerden
Nachteile NGS:- sichere Zuordnung nur
auf Genusebene, da Teilanalyse des 16S rRNA Gens
- Evtl. nicht alle Genera
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Nutztiere
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Nutztiere
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• Als Screeningmethode für
vernachlässigte Erreger geeignet
• Für die Überwachung konkreter
Zoonosen sind spezifische Methoden
besser geeignet
• Zustand der Proben ist wichtig
Antibiotikaresistenz
• Zählt zu den grössten Gefahren für die Gesundheit des Menschen (WHO, 2014)
• Antibiotikaresistenzgene [antimicrobial resistance (AMR) genes] sind
weitverbreitet in der in der Umwelt, auf allen Lebewesen und auf
Lebensmitteln
• Austausch von genetischem Material Erwerb von AMR
• Es ist wichtig, den Ursprung der AMR und die Übertragungswege auf den
Menschen zu verstehen
1725. September 2018, S. Rodriguez Campos
Antibiotika-resistenz
1825. September 2018, S. Rodriguez Campos
Flow diagram of antibiotic resistance determinants among the different reservoirs. Blue indicates points of antibiotic administration. http://www.effort-against-amr.eu/
Antibiotikaresistenz
1925. September 2018, S. Rodriguez Campos
Antibiotikaresistenz
• Zahlreiche Beispiele für die Übertragung von AMR in beide Richtungen
Tier-Mensch, Mensch-Tier in der Literatur
• Meistens nur 1 konkreter Keim
2025. September 2018, S. Rodriguez Campos
Antibiotikaresistenz
• Zahlreiche Beispiele für die Übertragung von AMR in beide Richtungen
Tier-Mensch, Mensch-Tier in der Literatur
8.6 12.8 12 3.2 7.7
13%
2125. September 2018, S. Rodriguez Campos
Antibiotikaresistenz
A schematic representation (not to scale) of multiple potential pathways for exposure to and transfer of pathogens within theenvirons of concentrated animal feeding operations. From: Graham et al. 2008 . Public Health Reports. The Animal-Human Interface and Infectious Disease in Industrial Food Animal Production: Rethinking Biosecurity and Biocontainment.
2225. September 2018, S. Rodriguez Campos
Ecology from Farm to Fork Of microbial drug Resistance and Transmission
Antibiotikaresistenz
2325. September 2018, S. Rodriguez Campos
• Antimicrobial Resistance (AMR) Genes
• Häufig nur AMR, cave!
• Abbildung rechts:
• Bislang grösste ARG Monitoring-Studie > 9,000 Tiere, 181 Schweine- und 178 Geflügelherden,
9 Länder
Munk P. et al. 2018. Abundance and diversity of the faecal resistome in slaughter pigs and broilers in nine European countries. Nat Microbiol 3, 898-908
Antibiotikaresistenz
2425. September 2018, S. Rodriguez Campos
• höchste Werte: Italien Schweine, niedrigste Werte: Dänemark Geflügel
Munk P. et al. Abundance and diversity of the faecal resistome in slaughter pigs and broilers in nine European countries. Nat Microbiol 3, 898-908
Antibiotikaresistenz
FPKM: fragments per kilobase reference per million bacterial fragments
2525. September 2018, S. Rodriguez Campos
• relative Häufigkeit von ARG nach Antibiotika-Klassen
• Schweineproben homogener
• Häufigste Resistenz gegen Tetrazykline
• Geflügelproben heterogener
• Häufigste Resistenz gegen Tetrazykline, Makrolide, β-Laktam-, Aminoglykosidantibiotika
Munk P. et al. Abundance and diversity of the faecal resistome in slaughter pigs and broilers in nine European countries. Nat Microbiol 3, 898-908
Antibiotikaresistenz
2625. September 2018, S. Rodriguez Campos
• Positive Korrelation Antibiotikaverbrauch
• National veterinary antimicrobial usage European Medicines Agency’s European Surveillance
of Veterinary Antimicrobial Consumption (ESVAC)
Munk P. et al. Abundance and diversity of the faecalresistome in slaughter pigs and broilers in nine European countries. Nat Microbiol 3, 898-908
pig poultry
Antibiotikaresistenz
2725. September 2018, S. Rodriguez Campos
• Positive Korrelation Antibiotikaverbrauch
• Zusammenhang zwischen Behandlungsinzidenz und totaler AMR Gene der beprobten
Herden.
Munk P. et al. Abundance and diversity of the faecalresistome in slaughter pigs and broilers in nine European countries. Nat Microbiol 3, 898-908
pig poultry
* * *
Antibiotikaresistenz
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• Für die Überwachung von AMR Genen
gut geignet
• Nachteile
• nicht phänotypische Resistenz
• Standardisierung
• Sehr aufwendig
2925. September 2018, S. Rodriguez Campos
Tiermodell
Tiermodell• Einsatz von Tieren in Experimenten als 'Modelle' für Menschen
• Bei jedem Forschungsprojekt muss das spezifische Modell sorgfältig ausgewählt
werden.
• Modelle sollen dem modellierten Original ähneln
• gastrointestinale Krankheiten: fecal microbiota transplantation (FMT) mögliche
neue Behandlungsmethode
• Faktoren: genetische Prädisposition, Umweltfaktoren, Essstörungen, Stress,
Immunkrankheiten und Mikrobiota
• Bereits bei Clostridium difficile und chronisch-entzündlicher
Darmerkrankung (IBD) als erfolgreich beschrieben
• Ulzerative Kolitis chronische unspezifische Entzündung in Kolon und
Rektum
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Tiermodell
Tiermodell• fecal microbiota transplantation (FMT)
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Tiermodell
• Hautmikrobiota
• Mensch anders
Dendrograms for species-specific skin microbiota generated using the Bray–Curtis distance metric and a 99% OTU threshold, compared with the known host phylogenies of Perissodactyla (A), Artiodactyla (B), and Carnivora (C).
Ross et al. 2018 Comprehensive skin microbiome analysis reveals the uniqueness of human skin and evidence for phylosymbiosis within the class Mammaliadoi:10. 1073/pnas.1801302115
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Tiermodell
• Neurodermitis (atopische Dermatitis)
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Tiermodell
• Canine atopische Dermatitis
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Tiermodell
Rodriguez-Campos S., Rostaher A., Zwickl L., Fischer N. , Vidal S., Brandt B.W., Favrot C., Perreten V.Unveröffentlicht!
• Prädisposition bestimmter Rassen
allergisch nicht allergisch
nach 2-3 Jahren
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TiermodellRodriguez-Campos S., Rostaher A., Zwickl L., Fischer N. , Vidal S., Brandt B.W., Favrot C., Perreten V.Unveröffentlicht!
*
PCA gruppiert nach Besitzer
p < 0.05
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Tiermodell
Rodriguez-Campos S., Rostaher A., Zwickl L., Fischer N. , Vidal S., Brandt B.W., Favrot C., Perreten V.Unveröffentlicht!
Genus – Welpen Haut
Staphylococcus
* * ** Kaiserschnitt-Welpen
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• Modelle sollen dem modellierten Original
ähneln
• Das Modell muss gut studiert werden
bevor Ergebnisse extrapoliert werden
können
• Ausreichende Probenzahl
• Standardisierte Umwelt, da viele
Störfaktoren
• Neue Therapiemethoden?
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Produktion
• Ausnutzen der Kenntnisse über eine gesunde Mikrobiota (Mikrobiom), um
gesündere und/oder ertragsreichere Zucht/Mast
• Darmmikrobiom
• Am meisten Studien: Fisch
• Unterschiede Anatomie
• Wassertemperatur
• Wild / Zucht
• Probiotika “lebende Mikroorganismen, die, wenn in adäquaten Dosen
verabreicht, einen Vorteil für die Gesundheit schaffen” (WHO and FAO, 2006)
Produktion
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Produktion
• Ausnutzen der Kenntnisse über eine gesunde Mikrobiota (Mikrobiom), um
gesündere und/oder ertragsreichere Zucht/Mast
control diet (CC)diet supplemented with probiotic SpPdp11from 10 to 21 dph (CP)from 2 to 21 dph (PP)
Jurado et al. 2018. Dietary administration of the probiotic Shewanella putrefaciens Pdp11 promotes transcriptional changes of genes involved in growth and immunityin Solea senegalensis larvae. Fish and Shellfish Immunology.doi.org/10.1016/j.fsi.2018.04.018
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Produktion
Dittmann et al. 2018. The aquaculture microbiome at the centre of business creation doi:10.1111/1751-7915.12877
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Produktion
Antibiotika-resistenz
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• Nicht nur wirtschaftlicher Aspekt
• Auch Verbesserung der Tiergesundheit
und damit des Tierwohls
Vektoren
• Stechmücken: Zikavirus, Dengue, West Nile, Malaria
• Zecken: Lyme-Borreliose, Tularämie, FSME, Q-Fieber
• Sandfliegen bzw. -mücken: Leishmaniose,
Peru-Warzen, Phlebotomusfieber
• Flöhe: Pest, Katzenkratzkrankheit (cat scratch fever),
Hundebandwurm, murines Fleckfieber, endemischer Typhus
• Läuse: murines Fleckfieber, Schützengrabenfieber, Rückfallfieber
• Revearsed discovery of disease
(Tijsse-Klasen et al 2014)
4325. September 2018, S. Rodriguez Campos
Vektoren
• Nicht nur Pathogene, auch Symbionten
• Einfluss der Symbionten auf Pathogene
neue KontrollstrategienBonnet et al. 2017 doi: 10.3389/fcimb.2017.00236
Vektoren
4425. September 2018, S. Rodriguez Campos
www.commons.wikimedia.org File:World-airline-routemap-2009.png
Vektoren
4525. September 2018, S. Rodriguez Campos
Cerutti et al., 2018 PLoS One. The microbiota of hematophagous ectoparasites collected from migratory birds.doi: 10.1371/journal.pone.0202270
115 Wandervögel (Italien)
194 Ektoparasiten
Gruppiert: Lausfliegen, Zecken, andere
Genus MSR Prevalence PCR prevalence
Rickettsia 94.8% (88.94–97.84) 40.5% (32.02–49.62)
Ehrlichia 84.5% (76.71–90.04) -
Borrelia 14.7% (9.26–22.32) 8.6% (4.59–15.31)
Coxiella 5.2% (2.16–11.06) 0%
Francisella 3.4% (1.06–8.82) 1.7% (0.09–6.46)
Bartonella 3.4% (1.06–8.82) 0%
Anaplasma 2.6% (0.55–7.66) 1.7% (0.09–6.46)
Vektoren
4625. September 2018, S. Rodriguez Campos
• Symbionten
z.B. Zecken Coxiella-like endosymbionts (LE), Francisella-LE, Rickettsia peacocki
Bonnet et al. 2017 doi: 10.3389/fcimb.2017.00236
1. Nicht-Pathogene stehen in
Konkurrenz mit Pathogenen um
Nährstoffe
2. Nicht-Pathogene
positiven/negativen Einfluss auf
das Wachstum der Pathogene
Wolbachia
Vektoren
4725. September 2018, S. Rodriguez Campos
Wolbachia
Dutra et al. 2016 Cell Host & Microbe Wolbachia Blocks Currently Circulating Zika Virus Isolates in Brazilian Aedes aegyptiMosquitoes 19, 771–774 doi.org/10.1016/j.chom.2016.04.021
Vektoren
4825. September 2018, S. Rodriguez Campos
Schweizer Studie in einem kontrollierten Mäusebestand3 Jahre zuvor Ausbruch TularämieProbensammlung Flöhe Mikrobiotaanalyse
Gruppe PD Dr. Paola Pilopaola.pilo@vetsuisse.unibe.chUnveröffentlicht! (Bildmaterial entfernt)
4925. September 2018, S. Rodriguez Campos
Vektoren
Greay et al. 2018. Parasites & Vectors 11:12. Recent insights into the tick microbiome gained through next-generation sequencingdoi: 10.1186/s13071-017-2550-5
5025. September 2018, S. Rodriguez Campos
Abschlussbemerkungen
• Mehr coverage als gezielte PCRs
• für spezielle Fragen nach konkreten Keimen: PCR
• Gute Probenahmestrategie notwendig
• Harmonisierung/Standardisierung zwischen Laboren schwierig
• Studien nur bedingt vergleichbar
• Systematische Fehler möglich, z.B. bei PCR-abhängigen Methoden
• Möglichkeit neue oder bislang vernachlässigte Keime zu entdecken
• Kosten
• Weniger für Amplikonsequenzierung
• Mehr für Shotgun-Sequenzierung
Das tierische Mikrobiom: Erkenntnisse für die Schnittstelle Mensch-Tier
5125. September 2018, S. Rodriguez Campos
Vektoren
Antibiotika-resistenz
Nutztiere
Zoonosen
Produktion
Tiermodell
Danke fürs Zuhören!
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